南海地區(qū)天然氣水合物開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)和裝備探討
2022-05-13 16:46:49馬小飛
廣東造船 2022年2期
摘要：南海地區(qū)天然氣水合物開發(fā)已上升為國家戰(zhàn)略?；谀虾Ｌ烊粴馑衔镔Y源埋藏水深和試采方法，借鑒深海油氣開發(fā)技術(shù)和裝備，按照鉆采儲運產(chǎn)業(yè)鏈條，參照目前的水合物開發(fā)技術(shù)，探討用于南海天然氣水合物開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)和裝備。文中研究成果對于南海地區(qū)天然氣水合物開發(fā)具有一定的參考價值。
關(guān)鍵詞：天然氣水合物;關(guān)鍵技術(shù)和裝備;南海地區(qū)
中圖分類號：TM938.6;P752????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
Key Technology and Equipment of Natural Gas Hydrate Development in South China Sea
MA Xiaofei
（Whale Offshore Engineering Co.， Ltd.， Shenzhen 518067）
Abstract：The development of natural gas hydrate in the South China Sea has become a national strategy. Based on the depth of gas hydrate resources in the South China Sea and the method of test production， referring to deep-sea oil and gas development technology and equipment， this paper proposes the key technologies and equipment for gas hydrate development in the South China Sea according to the industrial chain of "drilling， production， storage and transportation" and the hydrate development technology has been mastered. The results in this paper have a certain reference value for gas hydrate development in the South China Sea.
Key Words：Natural gas hydrate; Key technology and equipment; South China Sea
1前言
由表2可知：地層流體抽取法較適用于深水成巖或砂層天然氣水合物的開采，固態(tài)流化法開采適用于深水非成巖天然氣水合物的開采，水合物埋深較淺。南海海域天然氣水合物礦藏主要儲集在泥質(zhì)粉砂型儲層中，其特點是水合物埋深距海底泥面一般在300米以內(nèi)，埋藏較深的水合物層地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，靠近泥面的水合物層地質(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，容易發(fā)生地層坍塌。因此，南海天然氣水合物開采，需基于水合物礦藏埋藏深度和成巖程度選取相應(yīng)的開采方法：對于接近泥面的水合物，建議采用固態(tài)流化法開采，對于埋藏較深的水合物，建議采用地層流體抽取法開采。
3.2關(guān)鍵技術(shù)
天然氣水合物的開發(fā)可以借鑒深海油氣資源的開發(fā)，類比深海油氣開發(fā)。結(jié)合南海天然氣水合物埋藏水深和礦藏特點，深入開展南海天然氣水合物勘探開發(fā)相關(guān)的勘查技術(shù)、資源評價技術(shù)、測試與模擬實驗技術(shù)、儲存改造和壓裂技術(shù)、防砂技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān);以南海神狐海域天然氣水合物產(chǎn)業(yè)化開發(fā)先導(dǎo)試驗區(qū)建設(shè)為目標(biāo)，對水合物鉆完井技術(shù)、規(guī)?；_發(fā)井網(wǎng)技術(shù)、高效開采和穩(wěn)產(chǎn)技術(shù)、井場和環(huán)境監(jiān)測技術(shù)、安全風(fēng)險評價技術(shù)、水下生產(chǎn)技術(shù)、儲運技術(shù)等開展攻關(guān)，有序推動水合物開發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的技術(shù)突破。
南海天然氣水合物開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)主要包括：
- 勘探技術(shù)
主要包括但不限于：南海海域天然氣水合物成藏研究和資源評價，深水潛水器探測系統(tǒng)、海洋可控源電磁探測系統(tǒng)、綜合高性能高分辨率三維地震采集系統(tǒng)、四分量海底地震系統(tǒng)、隨鉆測井、海洋高分辨率多道地震系統(tǒng)和隨鉆有纜取心系統(tǒng)等;
- 物理與數(shù)值模擬技術(shù)
主要包括但不限于：高仿真模擬實驗技術(shù)，高壓模擬設(shè)備內(nèi)多相、多組分復(fù)雜體系的多種物理化學(xué)過程進(jìn)行原位實時監(jiān)測的多參數(shù)測試表征技術(shù)，能夠處理水合物現(xiàn)場開采過程中力學(xué)問題的數(shù)值模擬器;
- 鉆完井技術(shù)
主要包括但不限于：適用于水合物開采的鉆井工藝和鉆井泥漿;固井工藝和固井水泥漿，適用于水合物儲層特點的定向井、魚骨井、叢式井等增產(chǎn)鉆井技術(shù);有效降低鉆井成本的無隔水管等鉆完井技術(shù);
- 開采技術(shù)
包括但不限于：科學(xué)論證降壓法、熱激法、化學(xué)劑法、聯(lián)合開采法等開采技術(shù)的應(yīng)用;能夠?qū)崿F(xiàn)水合物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的突破性開采技術(shù)，儲層改造、壓裂、防砂技術(shù);
- 監(jiān)測技術(shù)
包括但不限于：水合物儲層物理、力學(xué)特性參數(shù)監(jiān)測;開采時井下實時海床地質(zhì)形變監(jiān)測;甲烷泄漏監(jiān)測;海域全空間多維立體綜合智能監(jiān)測網(wǎng)等;
- 集輸儲運技術(shù)
包括但不限于：科學(xué)論證管道輸送、液化天然氣、高壓容器輸送用于天然氣水合物儲運的適用性;天然氣吸附存儲、固態(tài)水合物儲運等新型輸送技術(shù)等。
對于南海天然氣水合物開發(fā)，試采成功只是邁出天然氣水合物開發(fā)的第一步，離產(chǎn)業(yè)化開采還有較長的距離，因此在關(guān)鍵技術(shù)方面需要進(jìn)一步完善水合物系統(tǒng)成藏與開采理論，提高實驗室水合物開發(fā)模擬技術(shù)，研發(fā)有利于提高產(chǎn)氣量及降低成本的鉆完井技術(shù)、儲層改造和防砂技術(shù)。
3.3關(guān)鍵裝備
天然氣水合物的開發(fā)可以借鑒深海油氣資源的開發(fā)，類比深海油氣開發(fā)，按照鉆采儲運裝備體系，結(jié)合南海天然氣水合物埋藏水深和礦藏特點，圍繞天然氣水合物開發(fā)縱向產(chǎn)業(yè)鏈條，以勘探開發(fā)為龍頭，有序提升實驗室-鉆采-商業(yè)化生產(chǎn) -水下生產(chǎn)-水下作業(yè)裝備體系能力，加強配套技術(shù)關(guān)鍵開發(fā)裝備。如：高效產(chǎn)能模擬實驗裝置、海底沉降等環(huán)境監(jiān)測設(shè)備的研發(fā);有序推動水合物鉆井裝備、試生產(chǎn)裝備、生產(chǎn)裝備、水下采礦車等開發(fā)裝備的研發(fā)。關(guān)鍵裝備主要包括：
- 實驗室裝備
主要包括但不限于：天然氣水合物室內(nèi)分析裝置、模擬裝置、合成裝置、開采實驗裝置等四大類型;
- 鉆井裝備
主要包括但不限于：深水輕型鉆機系統(tǒng)、隔水管系統(tǒng)、測井系統(tǒng)，深水淺層定向井、叢式井、魚骨刺井、井下防砂等增產(chǎn)鉆井技術(shù)的關(guān)鍵配套裝備;
- 開采裝備
主要包括但不限于：適合于水合物開采的半潛式鉆井和生產(chǎn)平臺、浮式液化天然氣儲卸裝置等大型海工裝備;
- 水下生產(chǎn)裝備
主要包括但不限于：適合于水合物開采的水下井口、水下采氣樹、各種水下接頭、管匯、立管、水下天然氣濕氣壓縮機、脫固分離設(shè)備、水下藥劑注入等水下生產(chǎn)和處理系統(tǒng);
- 水下作業(yè)裝備
主要包括但不限于：水下作業(yè)機器人ROV、水下作業(yè)載人潛水器HOV，海底地層形變監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測等水下生產(chǎn)輔助系統(tǒng);
- 深水資源開發(fā)通用設(shè)備及零部件
主要包括但不限于：1500米級水密接插件、水密電纜、水下作業(yè)工具、深海液壓傳動裝置、1500米級海底采礦車、深水動力定位系統(tǒng)、升沉補償裝置、水下控制和通信系統(tǒng)、海洋新型防腐涂層、高強度耐腐蝕鋼材、海洋傳感器等深水礦藏資源開發(fā)通用設(shè)備。
對于南海天然氣水合物開發(fā)，近中期需配合水合物開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)相關(guān)的實驗室模擬裝備、適用于南海水合物開發(fā)的鉆井裝備、防砂裝備、儲層改造裝備和試生產(chǎn)裝備;中遠(yuǎn)期針對水合物開發(fā)產(chǎn)業(yè)化研發(fā)大型的海工裝備，如深水半潛式生產(chǎn)平臺、中大型FLNG等生產(chǎn)儲運裝備。
4結(jié)語
在南海天然氣水合物開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)方面，類比深海油氣開發(fā)，按照鉆采儲運技術(shù)體系。列舉了水合物開發(fā)所需的勘探技術(shù)、物理與數(shù)值模擬技術(shù)、鉆完井技術(shù)、開采技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)和集輸儲運技術(shù)等;在南海天然氣水合物開發(fā)關(guān)鍵裝備方面，按照鉆采儲運裝備體系，圍繞天然氣水合物開發(fā)縱向產(chǎn)業(yè)鏈條，列舉了水合物開發(fā)所需的實驗室裝備、鉆井裝備、開采裝備、水下生產(chǎn)裝備、水下作業(yè)裝備和深水資源開發(fā)通用設(shè)備。
目前南海天然氣水合物開發(fā)還處在勘探試采階段，但隨著水合物開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，大規(guī)模的商業(yè)化開發(fā)會逐步實現(xiàn)。本文列舉的水合物開發(fā)技術(shù)和裝備為相關(guān)設(shè)備和設(shè)施廠商提供了一個未來市場的需求方向和創(chuàng)新動力，對關(guān)鍵開發(fā)裝備的選型和研發(fā)方向具有一定的參考價值。
參考文獻(xiàn)
[1] 周守為，陳偉，李清平.深水淺層非成巖天然氣水合物固態(tài)流化試采技術(shù)研究及進(jìn)展[J].中國海上油氣，2017，29（4）：1-8.
基金項目：廣東省促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展專項資金海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展項目（粵自然資源合[2019]018號）
作者簡介：馬小飛（1979-），男，工程師。主要從事海洋工程工藝系統(tǒng)設(shè)計和項目管理工作。
